Trollflaggermus er en overveiende vestpalearktisk art som finnes i spredte forekomster fra Pyrenéhalvøya og Storbritannia nord til Sør-Skandinavia og Sør-Finland, og øst til Ural og Kaukasus . Den er en langdistansetrekker som formerer seg og tilbringer sommeren i nordøstlige Europa, men går i dvale og overvintrer i sørvestlige og sørlige deler av verdensdelen. Den kan trekke opptil 2000 kilometer. Funn på oljeplattformer og skip viser at den krysser rett over Nordsjøen og Østersjøen. Ultralydundersøkelser viser at Alpene passeres i en høyde på 1100–3100 moh.